Os pesquisadores da UC Santa Cruz trabalharam com as Indústrias de Materiais Estruturados para projetar e construir um sistema de deposição de camada atômica (ALD) grande o suficiente para acomodar espelhos de telescópio. Andrew Phillips, Nobuhiko Kobayashi, e David Fryauf (da esquerda para a direita) examinam a câmara de deposição. Crédito:Tim Stephens, UCSC
O cientista de materiais Nobuhiko Kobayashi não tinha certeza de por que o astrônomo que ele conheceu em uma degustação de vinhos há vários anos estava tão interessado em sua pesquisa, mas, à medida que aprendeu mais sobre espelhos telescópicos, isso começou a fazer sentido.
"Acontece que melhorar o desempenho dos espelhos tem tudo a ver com materiais de película fina, e é isso que eu faço. Então eu fiquei viciado, "disse Kobayashi, professor de engenharia elétrica na Baskin School of Engineering da UC Santa Cruz.
O astrônomo era Joseph Miller, ex-diretor da UC Observatories (UCO), cujo interesse levou a uma colaboração próspera entre os astrônomos Andrew Phillips e Michael Bolte de Kobayashi e da UC Santa Cruz. Com financiamento da National Science Foundation e apoio da atual diretora da UCO, Claire Max, os pesquisadores estão desenvolvendo novos revestimentos de proteção para grandes espelhos de telescópio baseados em prata, adaptando uma técnica amplamente utilizada na indústria de microeletrônica.
De acordo com Phillips, a maioria dos espelhos telescópicos astronômicos usam alumínio para a camada reflexiva, apesar das propriedades reflexivas superiores da prata. "A prata é o material mais reflexivo, mas é difícil de trabalhar, e mancha e corrói facilmente, "Ele disse." Você precisa de camadas de barreira no topo que possam impedir que qualquer coisa chegue até a prata sem bagunçar as características ópticas do espelho. "
Os telescópios existentes podem aumentar substancialmente sua eficiência revestindo seus espelhos com prata em vez de alumínio. "É de longe a maneira mais barata de tornar nossos telescópios efetivamente maiores, "disse Bolte." A razão pela qual queremos telescópios maiores é coletar mais luz, então, se seus espelhos refletem mais luz, é como torná-los maiores. "
A nova tecnologia de revestimento em desenvolvimento na UC Santa Cruz pode viabilizar isso. Os pesquisadores estão usando uma técnica chamada deposição de camada atômica (ALD), que gradualmente constrói uma fina película de material, uma camada molecular de cada vez, com excelente uniformidade, controle de espessura, e conformidade com a superfície do substrato. Em um estudo piloto, ALD forneceu revestimentos de proteção muito melhores para amostras de espelho de prata do que as técnicas tradicionais de deposição física.
"A deposição da camada atômica tem um desempenho significativamente melhor, "Phillips disse." O problema é que os sistemas usados na indústria eletrônica são projetados para wafers de silício, então eles são pequenos demais para um espelho telescópico. "
O engenheiro elétrico Nobuhiko Kobayashi e o astrônomo Andrew Phillips mostraram seu novo sistema de deposição de camada atômica astronômica para Claire Max, diretor dos Observatórios da UC. Crédito:Tim Stephens, UCSC
Os resultados do estudo piloto, que usou um sistema ALD no laboratório de Kobayashi projetado para microeletrônica, convenceu a equipe a projetar um sistema maior que pudesse acomodar espelhos telescópicos. Eles entraram com um pedido de patente de seu conceito e encontraram um fornecedor de equipamento disposto a trabalhar com eles para construir o sistema. O vendedor, Indústrias de Materiais Estruturados (SMI) em Piscataway, Nova Jersey, faz sistemas de deposição de filme fino para a indústria de microeletrônica.
"Nós demos a eles o conceito e nossos requisitos, e eles fizeram o trabalho de design de engenharia e fabricação, "Kobayashi disse.
O novo sistema foi entregue ao seu laboratório em julho e teve um bom desempenho nos testes iniciais. Os pesquisadores usarão o sistema para demonstrar que ele funciona para espelhos telescópicos e outros grandes substratos e para continuar a aperfeiçoar os revestimentos. O sistema pode acomodar um espelho de até 0,9 metros de diâmetro, e não há razão para que o design não possa ser ampliado para acomodar espelhos ou segmentos de espelho ainda maiores, Phillips disse. Os espelhos primários de 10 metros dos telescópios gêmeos Keck no Havaí são compostos de segmentos hexagonais de 1,8 metros de diâmetro, e os segmentos de espelho para o Thirty Meter Telescope (TMT) terão 1,4 metros de diâmetro.
De acordo com Bolte, o desejo de usar prata nos segmentos de espelho TMT é um dos principais impulsionadores de suas pesquisas sobre novas tecnologias de revestimento. Mas ele espera que a tecnologia também seja usada para revestir novamente os espelhos dos telescópios existentes. Um espelho revestido de alumínio dura cerca de três a cinco anos antes de precisar ser repintado, um processo que coloca o telescópio temporariamente fora de ação.
"Odiamos perder tempo com o telescópio, e perdemos muitas noites repintando segmentos em Keck, "Phillips disse." Gostaríamos de ter um revestimento de prata que pudesse durar de cinco a dez anos. "
Neste ponto, os pesquisadores estão usando um processo de deposição física para colocar o revestimento de prata nas placas do espelho junto com uma camada de barreira inicial para proteger a prata enquanto o espelho é transferido para o sistema ALD. A deposição da camada atômica é então usada para as camadas de barreira finais.
"Agora mesmo, é um processo híbrido, mas estamos acompanhando o desenvolvimento da deposição da camada atômica para o revestimento de prata também, "Phillips disse.
Bolte disse que a nova tecnologia pode ter um grande impacto na astronomia, da mesma forma que o advento dos detectores digitais para substituir as placas fotográficas deu nova vida aos pequenos telescópios em todo o mundo há várias décadas. "Este é o último truque que temos para tornar os telescópios existentes mais eficientes, "disse ele." Pode realmente fazer uma grande diferença. "
